Системы вентиляции и кондиционирования
Назад

Как узнать прочность профильной трубы на изгиб

Опубликовано: 06.04.2020
Время на чтение: 15 мин
0
9

Характеристики металла для гибки

Любому металлу присуща своя точка сопротивления, то есть максимальная и минимальная нагрузка, которую он может выдержать.

Если оказать на металл слишком большое давление, это может спровоцировать деформацию, ненужные прогибы или надломы в профиле. Выполняя расчет на изгиб трубы, необходимо учитывать такие важные характеристики как плотность металла, размеры и диаметр профильных или круглых труб, а также ряд других параметров. Таким образом, можно будет спрогнозировать, насколько эффективным будет использование того или иного материала в условиях окружающей среды.

https://www.youtube.com/watch?v=QObQZfhQPR0

В процессе гибки трубы происходит сжатие внутреннего слоя металла, он становится меньше, а внешний слой, напротив, увеличивается за счет растяжения. А вот центральный слой металла остается неизменным, сохраняет исходные параметры, обеспечивая тем самым прочность трубы.

Нагрузка, действующая на профильную трубу

Если планируется изготовить беседку или теплицу, то серьезно задумываться о нагрузках не стоит, так как такие конструкции не подвержены воздействию серьезных сил. А вот если изготавливается навес, козырек, каркас для более серьезного сооружения – то здесь просто необходимы обстоятельные рассчеты.

Профильные трубы устойчивы к деформации, но и у них есть предел. Если нагрузка будет соответствовать норме, то изделие, под действием груза, например, мокрого снега, может согнуться. Если снег удалить, то труба примет свою исходную форму. В том случае, когда допустимая нагрузка превышена, труба не восстановит форму. Это в лучшем случае, в худшем – она просто разорвется.

При выборе профильной трубы, таким образом, необходимо учитывать:размеры;

  • сечение. Как правило, используются прямоугольные трубы и трубы с квадратным сечением;
  • напряжение каркаса из труб;
  • прочность материала;
  • вероятные нагрузки, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.

Одним из критериев классификации является время воздействия нагрузок. Виды таких нагрузок установлены СП 20.13330.2011. И они таковы:

  • постоянные. То есть, не меняется ни вес, ни такой показатель, как давление, в течение достаточно долгого времени. Пример постоянной нагрузки: вес и давление элементов здания;
  • временные, но длительные. Например, вес перегородок из ДСП;
  • кратковременные. Это именно о том, о чем шла речь выше: о снеге, ветре и других природных явлениях;
  • особые. Например, нагрузки от взрывов и ударов машин.

Таким образом, если на территории домовладения сооружается навес, то нужно учитывать ряд нагрузок:

  • от снега и ветра;
  • от возможных столкновений с авто.

На территориях, где бывают периодически землетрясения, нельзя не учитывать данный фактор. На таких территориях конструкции должны быть максимально прочными.

Профильными называются трубы, имеющие в разрезе отличное от круглого сечение. Наиболее распространенными вариантами являются,  прямоугольные и квадратные изделия. Как уже говорилось, особенная популярность этого вида связана с одним из его ключевых преимуществ – конструкция будет обладать небольшим весом.

Более того, специфическая форма значительно упрощает крепление как друг к другу, так к иным поверхностям. Данный тип строительных изделий, согласно ГОСТу, производится из широкого набора металлов и сплавов. Однако наиболее часто используемыми являются стальные профилированные трубы из углеродистой и низколегированной стали.

При выполнении загиба важно оценивать такие характеристики, как размер, сечение, вид изделия, его плотность, а также жесткость материала и его гибкость.  Зная все эти общие свойства металла можно понять, как в процессе эксплуатации поведет себя конструкция.

Важно помнить, что когда вы будете сгибать изделие, внутренние части конструкции подвергаются сжатию, их плотность увеличивается, а сами они уменьшаются в размерах. Наружный слой, соответственно, становится длиннее, менее плотным, но более растянутым.

При этом срединные участки сохраняют свои изначальные характеристики даже после завершения процесса. Отсюда следует всегда помнить, что в процессе сгибания напряжение обязательно будет возникать даже в областях, максимально далеко расположенных от нейтральной зоны. Максимальное же давление будет в тех слоях, которые очень близко расположены к этой самой нейтральной оси.

Применяемые формулы и таблицы

Выполнение расчета круглой трубы на изгиб требуется для того, чтобы определить максимально допустимый уровень напряжения на каждый конкретный участок трубы.

Предлагаем ознакомиться  Самый экономичный электрический котел отопления для дома: виды, плюсы, минусы

Каждый материал имеет свою величину нормального напряжения, которые не оказывают какого-либо воздействия на само изделие. Для получения правильных расчетов, их нужно проводить по специальной формуле. Особое внимание следует уделять тому, чтобы показатели оставались в пределах максимально разрешенных значений. Согласно закону Гука, образующаяся сила упругости прямо пропорциональна деформации.

расчет круглой трубы на изгиб

Рассчитывая величину изгиба, нужно дополнительно использовать следующую формулу напряжения: M/W, где M – величина изгиба по оси, испытывающая на себе усилие, а W – величина сопротивления этой оси в месте изгиба.

В процессе гнутья в металле возникают определенные показатели напряжения. С внешней стороны образуется растягивающее напряжение, а изнутри – напряжение сжатия. В момент таких взаимодействий меняется изгиб оси.

Во время изгибания в согнутом отрезке изменяется форма поперечного сечения. В итоге профиль в виде кольца изменяет свою форму на овальную. Самый четкий овал можно наблюдать посередине прогиба. Деформация снижается в начале и конце прогиба.

У труб, имеющих диаметр не более 20 мм, овальность на отрезке, подвергающемся деформации, должна быть не более 15 %. А для труб с диаметрами равными или более 20 мм – 12,5 %.

Для проведения расчетов на прогиб, выясняем длину детали.

L=0,0175∙R∙α l, где

  • R – радиус изгиба, измеряемый в миллиметрах;
  • α – угол;
  • І – ровный отрезок в 100/300, нужный для захвата изделия (при оперировании инструментом).

Проводя расчеты для профильной трубы нужно учесть размер элемента, подлежащего сгибанию.

А=π∙α/180(R DH/2), где

  • π – 3,14;
  • α – угол изгиба;
  • R – радиуса (измеряется в миллиметрах);
  • DH – наружное сечение трубы.

Здание из профильной трубы

Минимально допустимые градусы для изгиба труб из меди и латуни можно найти в соответствующих таблицах. Все данные отвечают ГОСТам № 494/90 и № 617/90. Дополнительно в них можно найти величины наружных сечений, минимальные статично свободные отрезки.

Присутствует также таблица, которая поможет провести расчеты трубы на изгиб – в ней находятся данные по стальным трубам, которые соответствуют ГОСТу № 3262/75.

Для недопущения недочетов в расчетах нужно также учитывать сечение и толщину стенок.

В этом выражении основные показатели представлены следующими буквенными выражениями:

  • r – радиус изгиба профильной трубы (мм);
  • α – соответствует углу, который вы в конечном итоге хотите получить;
  • I – расстояние в 100/300, используемое при работе со специальным оборудованием для удержания заготовки.

При осуществлении расчета трубы на прогиб важным этапом работы является вычисление сгибаемого элемента.

Как узнать прочность профильной трубы на изгиб

Смотреть видео

U = π × α / 180 (r DH / 2)

Здесь входящие в формулу элементы можно представить следующим образом:

  • π в этом случае принимается равным 3,14;
  • α – представляет собой угол изгиба, выраженный в градусах;
  • r – радиус изгиба (мм);
  • DH – внешний диаметр.

Для удобства мастера и для наибольшей безопасности при проведении работ, а также при эксплуатации возведенных конструкций из меди и латуни ГОСТы содержат наименьшие показатели для основных характеристик, используемых для вычисления прочности профильной трубы на изгиб. Данная информация содержится в ГОСТах №494/90, №617/90.

Для вашего удобства основные характеристики, необходимые для определения прочности профильной трубы на изгиб – в таблице.

Таблица 1.

Если предыдущая таблица в основном содержала фиксированные значения для элементов из меди и латуни, то следующая будет содержать данные для стальных элементов. Эта таблица позволяет оценить нагрузку на изгиб профильной трубы (ГОСТ № 3262/75).

Таблица 2.

Как уже говорилось, важную роль в расчете прочности квадратной трубы на изгиб (равно как и круглой) играет толщина стенок. Именно поэтому следующая таблица позволяет при расчетах одновременно учитывать как толщину стенок, так и диаметр.

Таблица 3.

Как уже справедливо отмечалось, любая деформация металлической конструкции является причиной дополнительного напряжения на стенках конструкции. На внутреннем слое это связано с увеличением плотности металла из-за сжатия, а не внешнем участке причиной становится, наоборот, растяжение, уменьшающее плотность металла.

Так кольцевой профиль становится овальным. Примечательно, что наибольшее изменение формы можно наблюдать непосредственно в месте сгиба, а чем дальше от него, тем более близкой к изначальной форме будет оставаться сечение.

Предлагаем ознакомиться  Какие радиаторы отопления лучше подойдут для вашего частного дома

Смотреть видео

Однако важно правильно оценивать силу воздействия, степень деформации трубы, чтобы избежать ненужных разломов, искривлений. Для детали, диаметр которой составляет до 20 мм, степень овальной деформации должна быть не выше 15%.

С увеличением профиля значение еще больше уменьшается и составляет всего 12,5%. Еще одним важным элементом является наличие складок (особенно этому подвержены изделия с тонкими стенками). Данный фактор очень важен, если изгибаемая конструкция будет служить трубопроводом.

Образуемые складки снижают проходимость, повышают сопротивление проходящей жидкости, увеличивают степень засорения. Так что при использовании изгибаемой трубы именно в этих целях, необходимо тщательно подходить к выбору толщины стенок изделия.

Расчет прочности трубы на изгиб сводится к простому определению максимального напряжения на ту или иную точку конструкции. Важно понимать, из какого материала произведена профиль, так как каждый из них обладает своим показателем напряжения.

НАПРЯЖЕНИЕ = M / W , где:

  •  M – значение степени изгиба по оси, вдоль которой воздействует сила;
  •  W – значение сопротивления сгиба, берущееся по той же оси.

Как уже говорилось, каждый металл или сплав имеет свои собственные нормальные значения напряжения. Именно определение этих величин является одной из основных задач, которые стоят перед вами, когда вы решили возвести постройку из профиля.

Для того чтобы быть уверенным в правильности результатов, нужно знать несколько важных правил и, разумеется, следовать им.

  1. Все вычисления выполнять точно, аккуратно, не торопясь. На каждом этапе, следует руководствоваться соответствующими формулами, не стараясь подгонять значения под удобные для себя самого.
  2. Рассчитав прочность профильной трубы на изгиб, следует следить за тем, чтобы полученные показатели не были больше установленных максимальных значений.
  3. Принимать во внимание материал, из которого изготовлен профиль, толщину стенок, чтобы не допустить его разрушения или деформации, затрудняющей в будущем функционирование конструкции.
  4. Перед выполнением вычислений необходимо схематично изобразить будущий элемент. На основании этого технического рисунка можно производить более точные расчеты, которые будут застрахованы от ошибок, связанный с неправильным пониманием формы конструкции.

Смотреть видео

Следуя всем необходимым правилам, а также технике безопасности, даже непрофессионал может быть уверен, что все его результаты по расчету прочности трубы на изгиб окажутся верными и результат будет успешным. Постоянная же проверка своих вычислений и контроль на каждом этапе выполнения работ является ключом к удачному завершению дела.

Расчетные схемы учитывают не только виды нагрузок, но и то, каким образом нагрузка распределяется по конструкции. Например, опоры могут испытывать более серьезные нагрузки, а поперечные дополнительные элементы – небольшие.

Чтобы понять, какие максимальные нагрузки установлены для труб, необходимо изучить следующие таблицы.

Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 40х40х2 709 173 72 35 16 5
Труба 40х40х3 949 231 96 46 21 6
Труба 50х50х2 1165 286 120 61 31 14
Труба 50х50х3 1615 396 167 84 43 19
Труба 60х60х2 1714 422 180 93 50 26
Труба 60х60х3 2393 589 250 129 69 35
Труба 80х80х3 4492 1110 478 252 144 82
Труба 100х100х3 7473 1851 803 430 253 152
Труба 100х100х4 9217 2283 990 529 310 185
Труба 120х120х4 13726 3339 1484 801 478 296
Труба 140х140х4 19062 4736 2069 1125 679 429

Таблица 2. Нагрузка для профильной трубы прямоугольного сечения (рассчитывается по большей стороне)

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 50х25х2 684 167 69 34 16 6
Труба 60х40х3 1255 308 130 66 35 17
Труба 80х40х2 1911 471 202 105 58 31
Труба 80х40х3 2672 658 281 146 81 43
Труба 80х60х3 3583 884 380 199 112 62
Труба 100х50х4 5489 1357 585 309 176 101
Труба 120х80х3 7854 1947 846 455 269 164

Указаны максимальные нагрузки, в результате которых не произойдет разрыва трубы. Элемент конструкции согнется и, в дальнейшем, не примет изначальной формы. Если же максимальная нагрузка на профильную трубу будет превышена, то тогда уже случится разрыв.

Предлагаем ознакомиться  Как установить батарею отопления – способы и варианты установки

Используются следующие методы:

  • при помощи разработанных таблиц;
  • использование физических формул;
  • расчет при помощи специального калькулятора.

расчет на прочность при изгибе трубы

Чтобы рассчитать нагрузку при помощи таблиц, необходимо составить характеристики фактически имеющейся трубы с теми, характеристиками, которые имеются в таблице.Если расчет нагрузки на профильную трубу ведется при помощи формул, то, в основном, используется такая формула: Ризг= M/W. Изгибающий момент делится на сопротивление.

Пределы радиусов изгиба труб

Руководствуясь госстандартами, трубы должны иметь минимальный радиус изгиба (детальнее: "Какой радиус гиба труб можно получить при помощи разных типов трубогибов"). При осуществлении сгибания при помощи нагрева трубы, заполненной песком, внешнее сечение трубы должно быть как минимум 3,5 DN. При изменении формы трубы на трубогибочной установке без использования нагрева – более 4DN.

При прогреве газовой горелкой или в печи, чтобы складки образовывались наполовину, величина должна равняться 2,5 DN. В случае потребности в получении сильного сгиба, например для систем с согнутыми канализационными отводами, которые изготавливаются способом горячей протяжки или штамповкой – более 1 DN.

Труба может иметь и меньшую величину сгиба. Тем не менее, допускать это можно лишь в том случае, если трубы изготавливались при технологии, когда их стенки утончаются на 15 % от всей толщины.

Все расчеты на прочность трубы при изгибе должны осуществляться с максимальной ответственностью.

ГОСТы очень подробно регулируют как свойства и характеристики элементов, так и процедуру из трансформирования. К этому относится минимальный радиус изгиба профильной трубы. Он определяется в зависимости от условий, при которых осуществляется загиб. При сгибании с использованием песка, которым она набивается, или через нагревание наружный диаметр должен начинаться от 3,5DN.

Если у мастера есть возможность применять специализированное оборудование (например, трубогибочный станок), которое позволяет осуществлять необходимые операции без нагревания или иных дополнительных действий, то в этом случае диаметр должен минимально составлять 4DN.

прогиб профильной трубы

Если вы хотите выполнить сгиб, который бы был достаточно крутым, например для того, чтобы выполнить согнутый отвод канализации или трубопровод, то в этом случае диаметр должен составлять минимум 1DN, так как изгибание будет иными способами, преимущественно с применение высоких температур.

Разумеется, значения, предусмотренные государственными стандартами можно и немного уменьшать, тогда нужно очень внимательно производить расчет прочности трубы на изгиб. Если способ сгибания позволят быть уверенным, что толщина стенки уменьшится на 15% от изначальной, то в этом случае возможны отступления от ГОСТа, а само сгибание можно осуществлять меньше указанных величин, что не окажет существенного влияния на прочность в дальнейшем.

Как самостоятельно согнуть трубу

В случае возникновения необходимости в сгибе трубы своими руками, можно при расчете воспользоваться универсальной формулой (пять диаметров трубы).

Для примера рассчитаем изгиб для трубы диаметром 1,6 мм:

  • Сначала нужно точно представить, какую окружность нужно получить в итоге (для точного сгиба требуется ¼ окружности).
  • Далее нужно узнать радиус. Для этого 16 умножается на 5 – получается 80 мм.
  • Теперь высчитываются стартовые точки для изгиба. В данном случае нужно воспользоваться формулой C=2π∙R:4. Здесь С – тот отрезок трубы, который будет участвовать в работе. Применяется два π и величина внешнего радиуса трубы.
  • На последнем этапе величины замещаются известными показателями: 2∙3,14∙80:4. В итоге получается 125 мм, что равняется продолжительности отрезка, на котором минимально допустимый радиус изгиба будет равняться 80 мм.

Если по приведенным формулам у вас расчеты получить не выходит, их можно провести при помощи программы-калькулятора, которых достаточно в сети Интернет.

Определив нагрузку на круглую трубу и проведя все расчеты, можно начинать работы по гибке, для чего лучше воспользоваться специальным ручным трубогибом, который в значительной степени упростит монтаж. Таких инструментов существует несколько разновидностей. Сегментное устройство позволит проводить работу, ориентируясь на специальные шаблоны, форма которых подбирается под определенное сечение и форму труб. Возможен сгиб трубы до 180˚.

У дорнового трубогиба есть подвижный элемент внутри, который не допускает образования деформаций.

, , , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector